2023屆新教材高考化學一輪復習無機非金屬材料學案

第13講無機非金屬材料復習目標1．了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物的制備方法，掌握其主要性質(zhì)及應用；2.了解C、Si元素單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境的影響；3.了解無機非金屬材料的性質(zhì)和用途?？键c一碳及其化合物1．碳單質(zhì)(1)存在形式：有金剛石、石墨、無定形碳、足球烯，它們互為____________。①②③(2)主要化學性質(zhì)——還原性可燃性2C＋O2(不足)2CO、C＋O2(足量)CO2與氧化物反應CuO：____________________(冶煉金屬)；SiO2：____________________(制取粗硅)；H2O：____________________(制取水煤氣)與強氧化性酸反應濃H2SO4：C＋2H2SO4(濃)?CO2↑＋2SO2↑＋2H2O；濃HNO3：C＋4HNO3(濃)?CO2↑＋4NO2↑＋2H2O2.CO、CO2的性質(zhì)對比COCO2物理性質(zhì)____色____味氣體，密度比空氣小，____溶于水____色____味氣體，密度比空氣____，可溶于水(溶解度小)毒性________毒(易結合__________)____毒(溫室效應)化學性質(zhì)還原性可燃性還原氧化鐵無(滅火)氧化性①與熾熱炭反應②Mg在CO2中燃燒與水反應無CO2＋H2O?H2CO3與堿反應(石灰水)無__________=CaCO3↓＋H2O(檢驗CO2)相互轉化用途燃料、冶煉金屬滅火、制汽水、植物肥料、化工原料等特別提醒溶液中通入CO2氣體產(chǎn)生沉淀的問題向BaCl2或CaCl2溶液中通入CO2氣體，由于鹽酸的酸性比碳酸的強，不會產(chǎn)生BaCO3或CaCO3沉淀。碳酸和碳酸鹽(1)碳酸二元弱酸、不穩(wěn)定，常用CO2＋H2O代替H2CO3。(2)碳酸的正鹽和酸式鹽的比較正鹽(CO酸式鹽(HCO溶解性只有鉀、鈉、銨鹽可溶一般都可溶熱穩(wěn)定性正鹽>酸式鹽溶液pH同濃度：正鹽>酸式鹽相互轉化[易錯易混辨析](錯誤的說明錯因)(1)金剛石和石墨由相同的元素組成，它們物理性質(zhì)不同，化學性質(zhì)相似()錯因：_________________________________________________________________。(2)石墨轉變?yōu)榻饎偸姆磻獙儆谘趸€原反應()錯因：__________________________________________________________________。(3)向空氣中排放二氧化碳會形成酸雨()錯因：__________________________________________________________________。(4)向CaCl2溶液中通入CO2氣體，溶液變渾濁，繼續(xù)通入CO2至過量，渾濁消失()錯因：__________________________________________________________________。(5)氨化的飽和食鹽水中通入足量的CO2氣體，會析出晶體()錯因：__________________________________________________________________。[深度思考]寫出除去下列氣體中混有的雜質(zhì)(括號內(nèi)為雜質(zhì))可采取的方法。(1)CO(CO2)：_________________________________________________________；(2)CO2(CO)：_________________________________________________________；(3)CO2(O2)：__________________________________________________________；(4)CO2(SO2)：_________________________________________________________；(5)CO2(HCl)：_________________________________________________________；視野拓展草酸、草酸鹽的性質(zhì)(1)草酸的性質(zhì)草酸的化學式為H2C2O4，草酸晶體的化學式為H2C2O4·2H2O。①弱酸性：草酸為二元弱酸，酸性比醋酸的酸性強，電離方程式為H2②還原性：H2C2O4中C元素的化合價為＋3價，具有還原性，能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，反應的化學方程式為2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4=K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O。③不穩(wěn)定性：草酸晶體受熱易分解，反應的化學方程式為H2C2O4·2H2O?CO↑＋CO2↑＋3H2O。(2)草酸鹽的性質(zhì)①(NH4)2C2O4溶于水，加熱分解，由氨水和草酸溶液反應生成。②CaC2O4不溶于水、醋酸，溶于鹽酸、稀硝酸，灼燒時轉變成碳酸鈣或氧化鈣。③MgC2O4、FeC2O4不溶于水，可由對應的可溶性金屬鹽與草酸銨反應而得到，加熱分解可得到對應金屬氧化物。題組強化訓練·形成關鍵能力1.新材料的新秀——石墨烯和氧化石墨烯已成為物理、化學、材料科學研究的國際熱點課題。其結構模型如圖所示。下列有關說法正確的是()A．石墨烯是一種新型化合物B．氧化石墨烯即石墨烯的氧化物C．二者和石墨都是碳的同素異形體D．氧化石墨烯具有一定的親水性2．碳和碳的氧化物是生活中的常見物質(zhì)，回答下列問題：(1)下列有關說法正確的是________(填字母)。a.利用二氧化碳制造全降解塑料，可以減緩二氧化碳對環(huán)境的影響b．金剛石、石墨、C60的化學性質(zhì)相似，物理性質(zhì)卻有很大差異c．木炭、一氧化碳在一定條件下都能還原氧化銅d.大氣中二氧化碳的消耗途徑主要是綠色植物的光合作用(2)吸煙對人體有害，燃著的香煙產(chǎn)生的煙氣含有一種能與血液中的血紅蛋白結合的有毒氣體，它是________(填化學式)。(3)影視舞臺上經(jīng)常看到云霧繚繞，使人如入仙境的景象，產(chǎn)生這一景象可用的物質(zhì)是________(填物質(zhì)俗稱)。(4)為減少二氧化碳對環(huán)境的影響，可將二氧化碳與氫氣在300℃、200kPa和催化劑的條件下，反應生成一種清潔燃料甲醇(CH3OH)和水，其反應的化學方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________?？键c二硅、無機非金屬材料必備知識梳理·夯實學科基礎1.硅(1)硅的結構與物理性質(zhì)(2)化學性質(zhì)(3)硅的工業(yè)制法(4)用途：半導體材料、太陽能電池、計算機芯片。2．二氧化硅3．硅酸4．硅酸鹽(1)硅酸鈉：硅酸鈉的溶液俗稱________，是無色黏稠液體，常用于制備黏合劑、防腐劑、耐火材料。(2)硅酸鹽的氧化物表示法：氧化物的書寫順序：活潑金屬氧化物→較活潑金屬氧化物→二氧化硅→水，不同氧化物間以“·”隔開。如硅酸鈉(Na2SiO3)可表示為________________________________________________，長石(KAlSi3O8)可表示為____________________________________________________。5．無機非金屬材料(1)傳統(tǒng)無機非金屬材料，如水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽材料。①常見硅酸鹽材料比較水泥玻璃陶瓷生產(chǎn)原料________________________主要設備水泥回轉窯玻璃窯陶瓷窯②玻璃生產(chǎn)中的兩個重要反應：________________________________________________________________________________________________________________________________________________；________________________________________________________________________。(2)新型無機非金屬材料①以硅為主體的硅芯片、硅太陽能電池。②以二氧化硅為主體的光導纖維。③新型陶瓷：高溫結構陶瓷(碳化硅、氮化硅)；壓電陶瓷(鈦酸鹽和鋯酸鹽)；透明陶瓷(氧化鋁、氧化釔、氮化鋁、氟化鈣)；超導陶瓷等。④碳納米材料：富勒烯、碳納米管、石墨烯。[易錯易混辨析](錯誤的說明錯因)(1)晶體硅熔點高、硬度大，故可用于制作半導體材料。()錯因：__________________________________________________________________。(2)SiO2是酸性氧化物，可溶于強堿，不溶于任何酸。()錯因：__________________________________________________________________。(3)SiO2具有導電性，故可用于制備光導纖維。()錯因：__________________________________________________________________。(4)Na2CO3溶液貯存在帶有玻璃塞的玻璃試劑瓶中。()錯因：__________________________________________________________________。(5)工業(yè)上用焦炭和石英制取粗硅的反應方程式為SiO2＋C高溫Si＋CO2↑()錯因：__________________________________________________________________。(6)Si和SiO2都可用于制造光導纖維()錯因：__________________________________________________________________。(7)非金屬性：C＞Si，則熱穩(wěn)定性：CH4＞SiH4()錯因：__________________________________________________________________。[深度思考](1)工業(yè)上可用以下流程制取高純硅，完成各步反應的化學方程式：反應①：________________________________________________________________；反應②：________________________________________________________________；反應③：________________________________________________________________。(2)能否依據(jù)反應Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑說明H2SiO3的酸性比H2CO3強？________________________________________________________________________。題組強化訓練·形成關鍵能力題組一無機非金屬材料的性質(zhì)及應用1．“九秋風露越窯開，奪得千峰翠色來”是贊譽越窯秘色青瓷的詩句，描繪我國古代精美的青瓷工藝品。玻璃、水泥和陶瓷均為硅酸鹽制品，下列有關說法中正確的是()A．玻璃是人類最早使用的硅酸鹽制品B．制水泥的原料為純堿、石灰石和石英C．硅酸鹽制品的性質(zhì)穩(wěn)定、熔點較高D．沙子和黏土的主要成分均為硅酸鹽2．下列說法不正確的是()A．SiO2能與HF反應，因此可用HF刻蝕玻璃B.向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀鹽酸制備硅酸凝膠C．氮化硅是一種重要的結構陶瓷材料，化學式為Si3N4D．石英是良好的半導體材料，可以制成光電池，將光能直接轉化成電能題組二高純硅的工業(yè)上制備3．科學家最新研制的利用氯化氫和氫氣生產(chǎn)高純硅的工藝流程如圖所示：容器①中進行的反應為①Si(粗)＋3HCl(g)?SiHCl3(l)＋H2(g)；容器②中進行的反應為②SiHCl3＋H2Si(純)＋3HCl。下列說法不正確的是()A．該工藝流程的優(yōu)點是部分反應物可循環(huán)使用B．①和②互為可逆反應C．該流程中需要隔絕空氣D．粗硅制備不能通過SiO2HClaqSiCl4Si4．晶體硅是一種重要的非金屬原料，由粗硅制備純硅的主要步驟如下：①粗硅與干燥的HCl氣體反應制得SiHCl3：Si(粗)＋3HClSiHCl3＋H2；②經(jīng)過純化的SiHCl3與過量H2在1000～1100℃下反應制得純硅?；卮鹣嚓P問題：(1)粗硅與HCl氣體反應完全后，經(jīng)冷凝得到SiHCl3(沸點為36.5℃)，只含有少量SiCl4(沸點為57.6℃)和HCl(沸點為－84.7℃)，提純SiHCl3的方法為________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)用SiHCl3與過量H2反應制備純硅的裝置如圖所示(熱源及夾持裝置已略去)：①在加熱D裝置前應先打開A裝置中分液漏斗的活塞，目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②C裝置中燒瓶需要加熱，采用的方法是________________________________________________________________________。高考真題演練·明確考查方向1．[2021·山東卷]有利于實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”的是()A．風能發(fā)電B．糧食釀酒C．燃煤脫硫D．石油裂化2．[2021·全國乙卷]我國提出爭取在2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和，這對于改善環(huán)境、實現(xiàn)綠色發(fā)展至關重要?！疤贾泻汀笔侵窩O2的排放總量和減少總量相當。下列措施中能促進碳中和最直接有效的是()A．將重質(zhì)油裂解為輕質(zhì)油作為燃料B．大規(guī)模開采可燃冰作為新能源C．通過清潔煤技術減少煤燃燒污染D．研發(fā)催化劑將CO2還原為甲醇3．[2019·全國卷Ⅰ]陶瓷是火與土的結晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質(zhì)與化學有著密切的關系。下列說法錯誤的是()A．“雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來自氧化鐵B．聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經(jīng)高溫燒結而成C．陶瓷是應用較早的人造材料，主要化學成分是硅酸鹽D．陶瓷化學性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優(yōu)點4．[2019·北京卷]下列我國科研成果所涉及材料中，主要成分為同主族元素形成的無機非金屬材料的是()A.4.03米大口徑碳化硅反射鏡B.2022年冬奧會聚氨酯速滑服C.能屏蔽電磁波的碳包覆銀納米線D.“玉兔二號”鈦合金篩網(wǎng)輪隨堂過關訓練·提升學科素養(yǎng)1．下列關于碳及其氧化物的說法不正確的是()A．過度排放CO2會導致“溫室效應”，應提倡“低碳生活”B．一氧化碳易與血液中的血紅蛋白結合C．金剛石和石墨都是碳單質(zhì)，但原子排列方式不同，物理性質(zhì)也不同D．CO、CO2、葡萄糖都屬于有機物2．碳和碳的化合物間的部分轉化關系如圖所示，下列說法正確的是()A．由碳酸轉化成X一定要在加熱條件下進行B.由碳轉化為X一定發(fā)生的是化合反應C．物質(zhì)X一定是二氧化碳D．若使一氧化碳轉化成X，只能通過一氧化碳在空氣(或氧氣)中燃燒獲得3．常溫下，下列各組物質(zhì)不發(fā)生反應的是()①硅與NaOH溶液②硅與鹽酸③硅與氫氟酸④二氧化硅與碳酸鈉⑤二氧化硅與NaOH溶液⑥二氧化硅與濃硝酸A．①②④B．③④⑥C．②⑤⑥D．②④⑥4．青石棉是一種致癌物質(zhì)，是《鹿特丹公約》中受限制的46種化學品之一，其化學式為Na2Fe5Si8O22(OH)2。青石棉用稀硝酸處理時，還原產(chǎn)物只有NO。下列說法不正確的是()A.青石棉是一種硅酸鹽材料B．青石棉中含有一定量的石英晶體C．青石棉的化學組成可表示為Na2O·3FeO·Fe2O3·8SiO2·H2OD．1mol青石棉能使稀硝酸中的1molHNO3被還原5．某研究性學習小組進行了“實驗室制Si”的研究，他們以課本為基礎，查閱資料得到以下可供參考的信息：①工業(yè)上在高溫時用C還原SiO2可制得Si；②Mg在點燃的條件下即可與SiO2反應；③金屬硅化物與稀H2SO4反應生成硫酸鹽與SiH4；④Si和SiO2均不與稀H2SO4反應；⑤SiH4在空氣中自燃。他們在研究報告中記載著：“……選用合適的物質(zhì)在適宜的條件下充分反應，再用足量稀硫酸溶解固體產(chǎn)物；然后過濾、洗滌、干燥，最后稱量……在用稀硫酸溶解固體產(chǎn)物時，發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花，其產(chǎn)率也只有預期值的63%左右。”(1)該小組“實驗室制Si”的化學方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)你估計“用稀硫酸溶解固體產(chǎn)物時，發(fā)現(xiàn)有爆鳴聲和火花”的原因是(用文字和化學方程式解釋)________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。第13講無機非金屬材料考點一必備知識梳理·夯實學科基礎1．(1)同素異形體①正四面體高大②正六邊形高小能③正五正六(2)C＋2CuO?2Cu＋CO2↑2．無無難無無大有血紅蛋白無Ca(OH)2＋CO2易錯易混辨析答案：(1)√(2)×同素異形體之間的轉化，化合價不變，不是氧化還原反應(3)×pH<5.6的雨水才是酸雨，CO2不能形成酸雨(4)×由于鹽酸的酸性比碳酸強，CO2與CaCl2溶液不反應(5)√深度思考答案：(1)通過盛有NaOH濃溶液的洗氣瓶(2)通過盛放灼熱CuO的硬質(zhì)玻璃管(3)通過盛放灼熱銅網(wǎng)的硬質(zhì)玻璃管(4)通過盛有飽和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗氣瓶(5)通過盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶題組強化訓練·形成關鍵能力1．解析：石墨烯是碳的單質(zhì)，A錯誤；氧化石墨烯因為還含有氫元素，故不是石墨烯的氧化物，也不是碳的同素異形體，B、C錯誤；由于氧化石墨烯結構中含有羥基和羧基等親水基團，所以它具有一定的親水性，D正確。答案：D2．答案：(1)abcd(2)CO(3)干冰(4)CO2＋3H2CH3OH＋H2O考點二必備知識梳理·夯實學科基礎1．(1)(2)Si＋2NaOH＋H2O=Na2SiO3＋2H2↑(3)2．高大Na2SiO3＋H2OCaSiO3Na2SiO3＋CO2↑SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O3．難Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3↓＋Na2CO3SiO2＋H2ONa2SiO3＋2HCl=H2SiO3↓＋2NaCl干燥劑4．(1)水玻璃(2)Na2O·SiO2K2O·Al2O3·6SiO25．(1)①石灰石、黏土純堿、石灰石、石英黏土②Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑易錯易混辨析答案：(1)×晶體硅能作半導體材料的原因是具有一定的導電性而不是因為其熔點高、硬度大(2)×SiO2可以與氫氟酸反應而溶解(3)×不具有導電性，可制備光導纖維的原因是對光具有反射作用(4)×Na2CO3溶液應貯存在帶有橡膠塞的玻璃試劑瓶中(5)×在高溫條件下生成CO而不是CO2(6)×Si是半導體材料，SiO2用于制造光導纖維(7)√深度思考答案：(1)Si(粗)＋2Cl2?SiCl4(2)不能。強酸＋弱酸鹽=強酸鹽＋弱酸，該規(guī)律僅適用于常溫下水溶液中進行的反應，而該反應是在高溫且熔融態(tài)下進行的，只能從化學平衡移動角度去解釋反應發(fā)生的原因——CO2為氣體，能及時分離出反應體系，使化學反應向右進行。題組強化訓練·形成關鍵能力1．解析：陶瓷是人類最早使用的硅酸鹽制品，A項錯誤；純堿、石灰石和石英是制玻璃的原料，而制水泥的原料是黏土和石灰石，B項錯誤；硅酸鹽制品性質(zhì)穩(wěn)定、熔點高，C項正確；沙子的主要成分是SiO2，黏土的主要成分是硅酸鹽，D項錯誤。答案：C2．解析：氫氟酸與二氧化硅反應生成四氟化硅和水，故HF可用于刻蝕玻璃，故A正確；鹽酸的酸性強于硅酸，所以向Na2SiO3溶液中逐滴加入稀鹽酸可制備硅酸凝膠，故B正確；根據(jù)N的非金屬性強于Si及化合物中正負化合價的代數(shù)和為0的原則，得氮化硅的化學式為Si3N4，故C正確；晶體硅是良好的半導體材料，可以制成光電池，將光能直接轉化成電能，而不是二氧化硅，故D錯誤。答案：D3．解析：A項，反應②中生成的HCl在反應①中循環(huán)利用，正確；B項，反應①與反應②對應的反應溫度不一致，不是可逆反應，錯誤；C項，高溫條件下，Si、SiHCl3、H2都與O2反應，故需隔絕空氣，正確；D項，SiO2不與HCl反